Фізика для інженерів: шпаргалка-підсумок

Аркуші з формулами, ключові кроки методів для кожної теми та 20 задач для практики, з повними розв’язками наприкінці.

Нові задачіНазад до курсу

У вікні друку виберіть «Зберегти як PDF», щоб зберегти копію на пристрої.

1Формули та методи

Кінематика

Швидкість
v = v0 + a·t
Переміщення
s = v0·t + ½·a·t²
Без часу
v² = v0² + 2·a·s
Одиниці
1 m/s = 3,6 km/h

Метод

  1. Випишіть, що відомо: v₀, v, a, t і s, з одиницями.
  2. Оберіть рівняння, що містить три відомі величини й невідому.
  3. Оберіть один додатний напрямок і протилежно напрямленим величинам дайте знак мінус.
  4. Розв’яжіть і перевірте, чи відповідь фізично розумна.

Закони Ньютона

Другий закон
ΣF = m·a
Вага
W = m·g
Тертя ковзання
Ff = μ·N
На похилій площині
уздовж: m·g·sin θ, по нормалі: m·g·cos θ

Метод

  1. Накресліть розрахункову схему з усіма силами, що діють на тіло.
  2. Оберіть додатний напрямок уздовж руху.
  3. Розкладіть сили на складові вздовж руху й перпендикулярно до нього (на похилій площині: m·g·sin θ уздовж, m·g·cos θ перпендикулярно до площини).
  4. Застосуйте ΣF = m·a уздовж руху; тертя μ·N напрямлене проти руху.

Рух тіла, кинутого під кутом

Складові
vx = v0cos θ, vy = v0sin θ
Положення
x = vxt, y = h + vyt − ½gt²
Максимальна висота
H = h + vy²/(2g)
Дальність (рівна поверхня)
R = v0²·sin 2θ/g

Метод

  1. Розкладіть початкову швидкість на складові: vx = v₀·cos θ і vy = v₀·sin θ.
  2. Горизонтальний рух відбувається зі сталою швидкістю; вертикальний — з прискоренням −g.
  3. Знайдіть час польоту з вертикального руху.
  4. Підставте цей час у горизонтальний рух, щоб знайти дальність.

Робота й енергія

Кінетична енергія
Ek = ½mv²
Потенціальна енергія
Ep = mgh
Енергетичний баланс
Ek1 + Ep1 + W = Ek2 + Ep2 + losses
Робота сили тертя
W = μ·N·d
Потужність
P = W/t

Імпульс і зіткнення

Імпульс
p = m·v
Збереження
Σm·v (before) = Σm·v (after)
Абсолютно непружний удар
v′ = (m1v1 + m2v2)/(m1 + m2)
Імпульс сили
J = F·Δt = m·Δv

Метод

  1. Оберіть додатний напрямок і дайте кожній швидкості її знак.
  2. Запишіть сумарний імпульс до зіткнення: Σm·v.
  3. При абсолютно непружному зіткненні тіла після нього рухаються разом; при пружному зберігається також кінетична енергія.
  4. Прирівняйте імпульс до зіткнення до імпульсу після й розв’яжіть.

Гідростатична сила

Тиск на глибині
p = ρgh
Сила тиску на вертикальну стінку
F = ρg·hc·A
Центр тиску
yp = yc + Ic/(ycA)
Прямокутник
Ic = bH³/12

Нерозривність і Бернуллі

Нерозривність
A1v1 = A2v2
Бернуллі
p1 + ½ρv1² + ρgz1 = p2 + ½ρv2² + ρgz2
Витрата
Q = A·v
Площа круга
A = πd²/4

Рівняння стану ідеального газу

Рівняння стану ідеального газу
pV = nRT
Газова стала
R = 8,314 J/(mol·K)
Об’єднаний газовий закон
p1V1/T1 = p2V2/T2
Молі
n = m/M
Температура
T[K] = T[°C] + 273,15

Теплові машини й холодильники

ККД
η = W/QH = 1 − QC/QH
ККД Карно
ηC = 1 − TC/TH (kelvin)
COP холодильника
COPR = QC/W
COP теплового насоса
COPHP = QH/W = COPR + 1
Енергетичний баланс
QH = W + QC

Хвилі, звук і оптика

Швидкість хвилі
v = fλ, T = 1/f
Струна
v = √(T/μ), μ = m/L
Рівень звуку
β = 10·log10(I/I0), I0 = 10⁻¹² W/m²
Точкове джерело
I = P/(4πr²)
Стоячі хвилі
струна або відкрита труба fn = n·v/(2L); закрита труба fn = n·v/(4L), n непарне
Ефект Доплера
f′ = f·(v ± vo)/(v ∓ vs)
Показник заломлення
n = c/v, λ = λ0/n
Закон Снеліуса
n1sin θ1 = n2sin θ2
Критичний кут
sin θc = n2/n1
Оптичне волокно
NA = sin θa = √(n1² − n2²)
Лінзи та дзеркала
1/f = 1/do + 1/di, m = −di/do, mirror f = R/2
Подвійна щілина
d·sin θ = mλ, ym = mλL/d
Ґратка
d = 1/N, d·sin θ = mλ, mmax ≤ d/λ
Одна щілина
a·sin θ = mλ (dark), w = 2λL/a

Метод

  1. Визначте тип задачі: швидкість хвилі, рівень звуку, стояча хвиля, ефект Доплера, заломлення, лінза чи дзеркало або інтерференція.
  2. Спершу запишіть співвідношення: v = fλ, β = 10·log(I/I₀), fₙ = n·v/(2L) або n·v/(4L), f′ = f(v ± vo)/(v ∓ vs), n₁sin θ₁ = n₂sin θ₂, 1/f = 1/d₀ + 1/dᵢ, d·sin θ = mλ.
  3. Переведіть одиниці: нм, мм і см у м, і перевірте, чи кути відлічено від нормалі.
  4. Перевірте знаки та правдоподібність: уявне зображення має dᵢ < 0, джерело, що наближається, звучить вище, закрита труба має лише непарні гармоніки.

2Задачі для практики

1.КінематикаСередня
t (s)v (m/s)7,143 s25

Автомобіль, що їде зі швидкістю 90 km/h, гальмує зі сталим сповільненням 3,5 m/s² до повної зупинки. Знайдіть гальмівний шлях s.

v₀ = 90 km/ha = −3,5 m/s²v = 0
s = m
2.КінематикаСкладна
d = ?

Камінь відпускають без початкової швидкості в колодязь. Сплеск чути через 1,9 s після того, як камінь відпустили. Швидкість звуку 343 m/s; нехтуйте опором повітря й прийміть g = 9,81 m/s². Знайдіть глибину d колодязя.

ttotal = 1,9 svsound = 343 m/sg = 9,81 m/s²
d = m
3.Закони НьютонаСередня
θ = 30°a = ?m = 18 kg

Брусок масою 18 kg ковзає вниз похилою площиною під кутом 30° до горизонту. Коефіцієнт тертя ковзання 0,15. Візьміть g = 9,81 m/s². Знайдіть прискорення a бруска вздовж площини.

m = 18 kgθ = 30°μ = 0,15g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Закони НьютонаСкладна
m1​ = 1,5 kg5 kgμ = 0,3

Брусок масою 1,5 kg на горизонтальному столі з’єднаний легкою ниткою, перекинутою через блок без тертя, з підвішеним вантажем масою 5 kg. Коефіцієнт тертя ковзання між бруском і столом 0,3. Візьміть g = 9,81 m/s². Знайдіть прискорення a системи.

m1 = 1,5 kgm2 = 5 kgμ = 0,3g = 9,81 m/s²
a = m/s²
5.Рух тіла, кинутого під кутомСередня
v0​ = 30 m/s25°дальністьH = ?

М’яч кидають під кутом 25° до горизонту з рівної поверхні. Опором повітря знехтуйте. Знайдіть максимальну висоту H, якої досягає м’яч.

v0 = 30 m/sθ = 25°g = 9,81 m/s²
H = m
6.Рух тіла, кинутого під кутомСкладна
h = 35 mv0​ = 11 m/s40°H = ?

М’яч кидають зі швидкістю 11 m/s під кутом 40° над горизонталлю з вершини скелі заввишки 35 m. Нехтуйте опором повітря й прийміть g = 9,81 m/s². Знайдіть найбільшу висоту H над землею біля підніжжя скелі.

v₀ = 11 m/sθ = 40°h = 35 mg = 9,81 m/s²
H = m
7.Робота й енергіяСередня
40 km/h

Автомобіль, що рухається зі швидкістю 40 km/h рівною дорогою, різко гальмує й зупиняється юзом із заблокованими колесами. Коефіцієнт тертя ковзання між шинами й дорогою 0,8. Знайдіть гальмівний шлях d.

v = 40 km/hμ = 0,8g = 9,81 m/s²
d = m
8.Робота й енергіяСкладна
h = 2,5 mL = 5 mμ = 0,1k = 1000 N/m

Брусок масою 0,5 kg відпускають без початкової швидкості на висоті 2,5 m на гладкій рампі. Унизу він перетинає шорстку горизонтальну смугу довжиною 5 m (μ = 0,1), а потім натрапляє на пружину (k = 1000 N/m) на гладкій поверхні. Знайдіть швидкість v бруска, коли він досягає пружини.

m = 0,5 kgh = 2,5 mL = 5 mμ = 0,1k = 1000 N/mg = 9,81 m/s²
v = m/s
9.Імпульс і зіткненняСередня
1400 kg17 m/s1400 kg

Автомобіль масою 1400 kg, що рухається зі швидкістю 17 m/s, налітає на нерухомий автомобіль масою 1400 kg, і вони зчіплюються. Який відсоток ΔK/K початкової кінетичної енергії втрачається?

m1 = 1400 kgv1 = 17 m/sm2 = 1400 kgv2 = 0
ΔK/K = %
10.Імпульс і зіткненняСкладна
11 m/s12 m/s

М’яч масою 0,2 kg ударяється об стіну зі швидкістю 11 m/s і відскакує прямо назад зі швидкістю 12 m/s. Контакт триває 40 ms. Знайдіть модуль імпульсу сили J, який стіна надає м’ячу.

m = 0,2 kgvin = 11 m/svout = 12 m/sΔt = 40 ms
J = N·s
11.Гідростатична силаСередня
затворd = 2,5 mH = 3 m

Вертикальний прямокутний затвор шириною 2 m розташований у стінці резервуара з рідиною (вода), його верхній край на 2,5 m нижче поверхні. Знайдіть рівнодійну гідростатичну силу F на затвор.

d = 2,5 mH = 3 mb = 2 mρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
12.Гідростатична силаСкладна
затворd = 2 mH = 2 m

Вертикальний прямокутний затвор шириною 3 m розташований у стінці резервуара з рідиною (морська вода), його верхній край на 2 m нижче поверхні. Знайдіть рівнодійну гідростатичну силу F на затвор.

d = 2 mH = 2 mb = 3 mρ = 1025 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
13.Нерозривність і БернулліСередня
v = ?p0​pp0​ − p = 11 kPaточка гальмування

Трубка Піто–Прандтля у водопровідній трубі показує різницю 11 kPa між тиском гальмування і статичним тиском. Знайдіть швидкість води v біля носика трубки.

p0 − p = 11 kPaρ = 1000 kg/m³
v = m/s
14.Нерозривність і БернулліСкладна
pair​ = 70 kPaQ = ?d = 30 mmh = 4,5 m

У закритому резервуарі над водою стиснене повітря з надлишковим тиском 70 kPa. Вода витікає в атмосферу через отвір діаметром 30 mm, розташований на 4,5 m нижче за поверхню води. Нехтуючи втратами, знайдіть витрату Q. Візьміть g = 9,81 m/s².

pair = 70 kPa (надлишковий)h = 4,5 md = 30 mmρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²
Q = L/s
15.Рівняння стану ідеального газуСередня
230 g (He)V = 50 LT = 55 °CP = ?

Резервуар об’ємом 50 L містить 230 g газу (He) при 55 °C. Вважайте газ ідеальним і знайдіть тиск P.

m = 230 gM = 4,003 g/molV = 50 LT = 55 °CR = 8,314 J/(mol·K)
P = kPa
16.Рівняння стану ідеального газуСкладна
N₂, M = 28,01 g/molP = 200 kPaT = 20 °Cρ = ?

Знайдіть густину ρ газу (N₂) при 200 kPa і 20 °C, вважаючи його ідеальним.

M = 28,01 g/molP = 200 kPaT = 20 °CR = 8,314 J/(mol·K)
ρ = kg/m³
17.Теплові машини й холодильникиСередня
TH​ = 600 °CTL​ = 30 °CEQH​QL​W

Теплова машина працює між гарячим резервуаром при 600 °C і холодним при 30 °C. Знайдіть найбільший можливий термічний ККД ηmax.

TH = 600 °CTL = 30 °C
ηmax = %
18.Теплові машини й холодильникиСкладна
TH​ = 700 °CTL​ = 35 °CEQH​ = 2200 kJQL​ = 990 kJW = 1210 kJ

Тепловий двигун за цикл отримує 2200 kJ теплоти від резервуара з температурою 700 °C, виконує 1210 kJ роботи, а решту віддає резервуару з температурою 35 °C. Знайдіть сумарне генерування ентропії Sgen за цикл.

TH = 700 °CTL = 35 °CQH = 2200 kJW = 1210 kJ
Sgen = kJ/K
19.Хвилі, звук і оптикаСередня
FFdo​ = 15 cmf = 5 cm

Предмет стоїть на відстані 15 см перед тонкою лінзою (збірна) з фокусною відстанню 5 см. Знайдіть відстань до зображення di. Користуйтеся правилом знаків 1/f = 1/do + 1/di (f < 0 для розсіювальної лінзи, di < 0 для уявного зображення).

do = 15 cmf = 5 cm
di = cm
20.Хвилі, звук і оптикаСкладна
θa​ = ?n1​ = 1,62n2​ = 1,54n0​ = 1,00

Оптичне волокно має осердя з n₁ = 1,62 і оболонку з n₂ = 1,54. Знайдіть найбільший кут θa до осі волокна, під яким світло з повітря може увійти в торець волокна й усе одно направлятися повним внутрішнім відбиттям.

n1 = 1,62n2 = 1,54n0 = 1,00
θa = °

3Розчини

1.Кінематика

Відповідь: s = 89,29 m

Рух зі сталим прискоренням: v = v₀ + a·t, s = v₀·t + ½·a·t² і v² = v₀² + 2·a·s. Виберіть рівняння, до якого входять три відомі величини й шукана, і стежте за знаками відносно одного додатного напрямку.

Одиниці

v₀ = 90/3,6 = 25 m/s

Гальмівний шлях

0 = v₀² − 2·a·s → s = v₀²/(2a) = 25²/(2·3,5) = 89,29 m

Відповідь

s = 89,29 m
2.Кінематика

Відповідь: d = 16,81 m

Motion with constant acceleration: v = v₀ + a·t, s = v₀·t + ½·a·t² and v² = v₀² + 2·a·s. Pick the equation that contains the three things you know and the one you want, and keep the signs consistent with one positive direction.

Дві частини часу

½·9,81·t₁² = 343·(1,9 − t₁)
4,905·t₁² + 343·t₁ − 651,7 = 0

Час падіння

Фізичний зміст має лише додатний корінь.

t₁ = (−343 + √(343² + 4·4,905·651,7))/(2·4,905) = 1,851 s

Глибина

d = ½·9,81·1,851² = 16,81 m

Відповідь

d = 16,81 m
3.Закони Ньютона

Відповідь: a = 3,631 m/s²

Другий закон Ньютона: рівнодійна сил, що діють на тіло, дорівнює добутку його маси на прискорення, ΣF = m·a. Накресліть розрахункову схему, виберіть додатний напрямок уздовж руху й додайте всі сили в цьому напрямку: прикладені сили, тертя μ·N проти руху та складові сили тяжіння.

Сили вздовж площини

Униз уздовж площини — додатний напрямок.

m·a = m·g·sin θ − μ·m·g·cos θ

Прискорення

a = 9,81·(sin 30° − 0,15·cos 30°) = 9,81·(0,5 − 0,1299) = 3,631 m/s²

Відповідь

a = 3,631 m/s²
4.Закони Ньютона

Відповідь: a = 6,867 m/s²

Другий закон Ньютона: рівнодійна сил, що діють на тіло, дорівнює добутку його маси на прискорення, ΣF = m·a. Накресліть розрахункову схему, виберіть додатний напрямок уздовж руху й додайте всі сили в цьому напрямку: прикладені сили, тертя μ·N проти руху та складові сили тяжіння.

Прискорення системи

a = (m2·g − μ·m1·g)/(m1 + m2) = (49,05 − 4,414)/6,5 = 6,867 m/s²

Відповідь

a = 6,867 m/s²
5.Рух тіла, кинутого під кутом

Відповідь: H = 8,193 m

Рух тіла, кинутого під кутом: без опору повітря x = vxt і y = h + vyt − ½gt². Обидва напрями незалежні, їх пов’язує лише спільний час.

Розкладіть початкову швидкість

Горизонтальна швидкість стала; вертикальний рух має стале прискорення g = 9,81 m/s² донизу.

vx = v0·cos θ = 30·cos 25° = 27,19 m/s
vy = v0·sin θ = 30·sin 25° = 12,68 m/s

Найвища точка

Угорі вертикальна швидкість дорівнює нулю: vy² = 2gH.

H = vy²/(2g) = 12,68²/(2·9,81) = 8,193 m

Відповідь

H = 8,193 m
6.Рух тіла, кинутого під кутом

Відповідь: H = 37,55 m

Projectile motion: with no air resistance, x = vxt and y = h + vyt − ½gt². The two directions are independent except that they share the same time.

Початкова вертикальна швидкість

vy = 11·sin 40° = 7,071 m/s

Підйом над скелею

Δh = vy²/(2g) = 7,071²/(2·9,81) = 2,548 m

Висота над землею

H = 35 + 2,548 = 37,55 m

Відповідь

H = 37,55 m
7.Робота й енергія

Відповідь: d = 7,865 m

Теорема про кінетичну енергію: зміна кінетичної енергії дорівнює роботі всіх сил. Якщо записати тяжіння й пружини як потенціальну енергію (mgh і ½kx²), виходить баланс: початкова енергія = кінцева енергія + енергія, втрачена на тертя (μN·d).

Швидкість в основних одиницях

v = 40/3,6 = 11,11 m/s

Енергетичний баланс

½mv² = μmg·d → d = v²/(2μg) = 11,11²/(2·0,8·9,81) = 7,865 m

Відповідь

d = 7,865 m

Подвоєння швидкості збільшує гальмівний шлях учетверо.

8.Робота й енергія

Відповідь: v = 6,264 m/s

Теорема про кінетичну енергію: зміна кінетичної енергії дорівнює роботі всіх сил. Якщо записати тяжіння й пружини як потенціальну енергію (mgh і ½kx²), виходить баланс: початкова енергія = кінцева енергія + енергія, втрачена на тертя (μN·d).

Енергія після шорсткої смуги

Рампа гладка, тож енергію забирає лише смуга.

mgh − μmgL = 4,905·(2,5 − 0,1·5) = 9,81 J

Швидкість біля пружини

½mv² = mg(h − μL) → v = √(2g(h − μL)) = √(2·9,81·2) = 6,264 m/s

Відповідь

v = 6,264 m/s
9.Імпульс і зіткнення

Відповідь: ΔK/K = 50 %

Conservation of momentum: when no external force acts during a collision, the total momentum Σm·v before equals the total after. Velocities have a direction, so pick a positive direction and give velocities the other way a minus sign. In an elastic collision kinetic energy is conserved too; in a perfectly inelastic one the bodies stick together.

Спільна швидкість

v′ = m1·v1/(m1 + m2) = 1400·17/2800 = 8,5 m/s

Кінетична енергія до й після

Kbefore = ½·1400·17² = 202300 J
Kafter = ½·2800·8,5² = 101150 J

Втрачена частка

ΔK/K = 101150/202300 = 50 %

Відповідь

ΔK/K = 50 %

Втрачена енергія йде на деформацію, теплоту й звук.

10.Імпульс і зіткнення

Відповідь: J = 4,6 N·s

Закон збереження імпульсу: якщо під час зіткнення зовнішні сили не діють, сумарний імпульс Σm·v до зіткнення дорівнює сумарному імпульсу після. Швидкість має напрямок, тож виберіть додатний напрямок, а швидкості, спрямовані в протилежний бік, беріть зі знаком мінус. У пружному зіткненні зберігається й кінетична енергія; в абсолютно непружному тіла злипаються.

Зміна імпульсу

J = m·Δv = 0,2·(12 + 11) = 4,6 N·s

Відповідь

J = 4,6 N·s
11.Гідростатична сила

Відповідь: F = 235,4 kN

Гідростатична сила на плоску поверхню: F = ρ·g·yc·A. Вона діє в центрі тиску, ycp = yc + Ic/(ycA), що завжди лежить нижче центра ваги.

Глибина центра ваги і площа

yc = d + H/2 = 2,5 + 3/2 = 4 m
A = H·b = 3·2 = 6 m²
затворd = 2,5 mH = 3 mF

Рівнодійна сила

F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·4·6 = 235,4 kN

Відповідь

F = 235,4 kN
12.Гідростатична сила

Відповідь: F = 181 kN

Гідростатична сила на плоску поверхню: F = ρ·g·yc·A. Вона діє в центрі тиску, ycp = yc + Ic/(ycA), що завжди лежить нижче центра ваги.

Глибина центра ваги і площа

yc = d + H/2 = 2 + 2/2 = 3 m
A = H·b = 2·3 = 6 m²
затворd = 2 mH = 2 mF

Рівнодійна сила

F = ρ·g·yc·A = 1025·9,81·3·6 = 181 kN

Відповідь

F = 181 kN
13.Нерозривність і Бернуллі

Відповідь: v = 4,69 m/s

Continuity and Bernoulli: for an incompressible fluid the flow rate is the same at every section, Q = A₁v₁ = A₂v₂. Along a streamline without losses, p + ½ρv² + ρgz is constant, so where the fluid is faster or higher its pressure is lower.

Рівняння Бернуллі до точки гальмування

Біля носика потік зупиняється, тож його кінетична енергія проявляється як додатковий тиск.

p0 − p = ½ρv²
v = √(2·11000/1000) = 4,69 m/s

Відповідь

v = 4,69 m/s
14.Нерозривність і Бернуллі

Відповідь: Q = 10,68 L/s

Continuity and Bernoulli: for an incompressible fluid the flow rate is the same at every section, Q = A₁v₁ = A₂v₂. Along a streamline without losses, p + ½ρv² + ρgz is constant, so where the fluid is faster or higher its pressure is lower.

Рівняння Бернуллі від поверхні до струменя

v = √(2·(70000/1000 + 9,81·4,5)) = 15,11 m/s

Витрата

Q = A·v = 0,0007069·15,11 = 0,01068 m³/s = 10,68 L/s

Відповідь

Q = 10,68 L/s
15.Рівняння стану ідеального газу

Відповідь: P = 3135 kPa

Рівняння стану ідеального газу: PV = nRT, де n = m/M.

Молі

n = m/M = 230/4,003 = 57,46 mol
T = 55 + 273,15 = 328,1 K

Тиск

P = nRT/V = 57,46·8,314·328,1/0,05 = 3135 kPa

Відповідь

P = 3135 kPa
16.Рівняння стану ідеального газу

Відповідь: ρ = 2,298 kg/m³

Густина ідеального газу: ρ = PM/(RT).

Перетворіть газовий закон

PV = (m/M)RT → ρ = m/V = PM/(RT)
T = 20 + 273,15 = 293,1 K

Густина

ρ = 200·28,01/(8,314·293,1) = 2,298 kg/m³

Відповідь

ρ = 2,298 kg/m³
17.Теплові машини й холодильники

Відповідь: ηmax = 65,28 %

Обмеження другого закону: жоден цикл між резервуарами з абсолютними температурами TH і TL не може перевершити оборотний цикл (Карно): ηmax = 1 − TL/TH, COPR,max = TL/(TH − TL) і COPHP,max = TH/(TH − TL). Енергія завжди зберігається: QH = W + QL.

Абсолютні температури

TH = 600 + 273,15 = 873,1 K
TL = 30 + 273,15 = 303,1 K

ККД Карно

ηmax = 1 − TL/TH = 1 − 303,1/873,1 = 65,28 %

Відповідь

ηmax = 65,28 %
18.Теплові машини й холодильники

Відповідь: Sgen = 0,952 kJ/K

Генерування ентропії: за повний цикл зміна ентропії робочого тіла дорівнює нулю. Гарячий резервуар втрачає QH/TH, а холодний отримує QL/TL. Їхня сума — це згенерована ентропія, яка дорівнює нулю для оборотного циклу й додатна для кожного реального.

Відведена теплота

QL = QH − W = 2200 − 1210 = 990 kJ

Абсолютні температури

TH = 700 + 273,15 = 973,1 K
TL = 35 + 273,15 = 308,1 K

Зміни ентропії резервуарів

ΔSH = −2200/973,1 = −2,261 kJ/K
ΔSL = 990/308,1 = 3,213 kJ/K
Sgen = 3,213 − 2,261 = 0,952 kJ/K

Відповідь

Sgen = 0,952 kJ/K

Sgen > 0, тож двигун можливий, але необоротний.

19.Хвилі, звук і оптика

Відповідь: di = 7,5 cm

Геометрична оптика: на межі n₁·sin θ₁ = n₂·sin θ₂ (закон Снеліуса), кути відлічують від нормалі, а n = c/v. У повільнішому середовищі промінь заломлюється до нормалі. Із густішого середовища (n₁ > n₂) за межею критичного кута θc = arcsin(n₂/n₁) усе світло відбивається: повне внутрішнє відбиття. Тонкі лінзи та сферичні дзеркала підпорядковуються рівнянню 1/f = 1/do + 1/di зі збільшенням m = −di/do. Правило знаків: f > 0 для збірної лінзи й увігнутого дзеркала (f = R/2), f < 0 для розсіювальної лінзи й опуклого дзеркала; di > 0 для дійсного зображення, di < 0 для уявного, а m < 0 для перевернутого зображення.

Рівняння тонкої лінзи

1/di = 1/f − 1/do = 1/5 − 1/15
di = 7,5 cm
FF15 cmf = 5 cm

Хід променів

дійсне, з іншого боку лінзи

Відповідь

di = 7,5 cm
20.Хвилі, звук і оптика

Відповідь: θa = 30,18 °

Геометрична оптика: на межі n₁·sin θ₁ = n₂·sin θ₂ (закон Снеліуса), кути відлічують від нормалі, а n = c/v. У повільнішому середовищі промінь заломлюється до нормалі. Із густішого середовища (n₁ > n₂) за межею критичного кута θc = arcsin(n₂/n₁) усе світло відбивається: повне внутрішнє відбиття. Тонкі лінзи та сферичні дзеркала підпорядковуються рівнянню 1/f = 1/do + 1/di зі збільшенням m = −di/do. Правило знаків: f > 0 для збірної лінзи й увігнутого дзеркала (f = R/2), f < 0 для розсіювальної лінзи й опуклого дзеркала; di > 0 для дійсного зображення, di < 0 для уявного, а m < 0 для перевернутого зображення.

Критичний кут на оболонці

sin θc = 1,54/1,62 = 0,9506 → θc = 71,92°

Числова апертура

NA = √(1,62² − 1,54²) = 0,5028

Кут прийому

θa = arcsin(0,5028) = 30,18°

Відповідь

θa = 30,18°

ExamProblems · examproblems.com/courses/physics-for-engineers